Introducción: El desafío de las tuberías en la era de la IA
La refrigeración líquida se está convirtiendo rápidamente en la solución clave para resolver los problemas de gestión térmica y eficiencia energética en la computación de IA de alta densidad. El consumo de energía por rack ha pasado del rango tradicional de 10-20 kW a más de 50 kW, y en algunos casos de ultra alta densidad supera los 100 kW. En los sistemas de refrigeración líquida con placas frías, las tuberías cumplen la función principal de transporte y distribución del refrigerante, y la selección de sus materiales afecta directamente a la fiabilidad del sistema a largo plazo, los plazos de construcción y los costes operativos.
La complejidad de la selección de materiales ha aumentado significativamente a medida que los sistemas de refrigeración líquida evolucionan, pasando de simples circuitos cerrados a arquitecturas de múltiples niveles que involucran diversos refrigerantes, rangos de temperatura y requisitos de rendimiento. Las directrices de la industria para sistemas de refrigeración líquida ahora reconocen varios materiales avanzados como componentes adecuados para el contacto con el fluido, lo que respalda una mayor adopción de soluciones de alto rendimiento en las aplicaciones de refrigeración de centros de datos de próxima generación.
Este artículo examina las tres categorías principales de materiales —metales, elastómeros y polímeros de ingeniería— analizando sus respectivas fortalezas, limitaciones y escenarios de aplicación óptimos, basándose en la práctica de ingeniería actual y los estándares emergentes.
Acero inoxidable: El material tradicional por excelencia
Por qué el acero inoxidable sigue siendo la opción de referencia
Las tuberías de acero inoxidable han sido durante mucho tiempo la opción por defecto para la infraestructura de refrigeración de centros de datos debido a su alta resistencia estructural, buena resistencia a la presión y base tecnológica consolidada. En las tuberías internas de las unidades de refrigeración de centros de datos (CDU), el acero inoxidable 316L se utiliza como material estándar para la mayoría de las aplicaciones habituales, ya que ofrece buena compatibilidad con agua desionizada y mezclas de agua y glicol. La vida útil de diseño del material, de 70 a 100 años en condiciones normales de funcionamiento, lo hace atractivo para infraestructuras de misión crítica.
La industria ha desarrollado estándares y prácticas exhaustivas en torno a las tuberías de acero inoxidable. La norma ASME B31.3 proporciona el marco de diseño, con procedimientos de soldadura que cumplen con las normas ASME IX o EN ISO 15614. Para despliegues a gran escala, aproximadamente el 90 % de las uniones se sueldan orbitalmente, lo que proporciona soldaduras repetibles, de penetración completa y con purga de gas.
304 vs. 316L: La decisión material
La elección entre 304 y 316L es una decisión de ingeniería crucial con implicaciones a largo plazo. Para refrigerantes acuosos (agua, soluciones de glicol), generalmente se recomienda el 304 (06Cr19Ni10) como referencia. Sin embargo, para entornos que contienen cloruros o medios de fluidos fluorados/aceites minerales, se requiere 316L (022Cr17Ni12Mo2) o grados superiores.
Esta distinción es importante porque incluso una incompatibilidad mínima de materiales puede provocar una degradación del rendimiento debido a la formación de precipitados, la liberación de gases o la corrosión superficial. En los circuitos de refrigeración directa al chip, donde los microcanales son muy sensibles a la contaminación por partículas, las consecuencias de la degradación del material pueden ser graves.
Los costes ocultos de los sistemas metálicos
A pesar de sus ventajas, las tuberías de acero inoxidable tienen limitaciones que se hacen más evidentes en instalaciones de alta densidad:
Riesgo de corrosión electroquímicaSigue siendo la principal preocupación. Las tuberías metálicas en contacto prolongado con el refrigerante pueden generar corrosión galvánica entre metales diferentes, liberando continuamente partículas metálicas. Una vez que estas partículas microscópicas entran en los microcanales de la placa fría (normalmente a escala micrométrica), pueden provocar obstrucciones, comprometiendo la eficiencia de la disipación de calor o incluso dañando los chips.
Ciclos de construcción y puesta en marcha prolongadosrepresentan otro costo significativo. La soldadura in situ es compleja y requiere un decapado ácido prolongado, pasivación y enjuague después de la soldadura. Una secuencia estándar de limpieza y pasivación antes del primer llenado incluye limpieza mecánica, desengrasado con desengrasante alcalino, decapado con una mezcla de ácido nítrico/fluorhídrico y enjuague con agua desionizada.
Riesgos de contaminación superficialA menudo se subestiman. Un tubo de acero inoxidable 304 o 316L que ha sido cortado, soldado y almacenado en el lugar desarrolla contaminación superficial por hierro y una capa de tinte por calor en cada soldadura. Si el circuito se llena con agua desionizada en ese estado, estos se convierten en los primeros lugares donde crecerá el biofilm.
Elastómeros: EPDM y PTFE para conexiones flexibles
EPDM: El elastómero todoterreno
Para los sistemas convencionales de refrigeración líquida con placas frías de agua y glicol, el EPDM (etileno propileno dieno monómero) es el elastómero preferido. Sus principales ventajas incluyen una excelente resistencia al envejecimiento y a la corrosión, un rango de temperatura de funcionamiento que suele oscilar entre -40 °C y +120 °C, y costes relativamente controlables.
El EPDM se utiliza ampliamente en conexiones flexibles, sellos y mangueras donde se requiere flexibilidad. Las pruebas de compatibilidad de materiales han demostrado la estabilidad del EPDM con refrigerantes comunes, minimizando los riesgos de degradación y garantizando la estabilidad química durante períodos de funcionamiento prolongados. El EPDM curado con peróxido se recomienda específicamente para redes de fluidos en centros de datos, ya que ofrece una mayor durabilidad en comparación con las variantes curadas con azufre.
PTFE: La solución de alto rendimiento
Para entornos de fluidos fluorados por inmersión, aplicaciones de alta temperatura y requisitos de larga duración en supercomputación y computación de IA de alta densidad, el PTFE (politetrafluoroetileno) es la opción estándar de la industria. Las mangueras de refrigeración corrugadas de PTFE modificado pueden operar de forma estable en un amplio rango de temperaturas, desde -60 °C hasta +260 °C, con una degradación por envejecimiento más lenta y una vida útil más prolongada.
El FEP (etileno propileno fluorado), un fluoropolímero relacionado, ofrece ventajas adicionales: excelente estabilidad química, alto punto de fusión con temperaturas de funcionamiento de -85 °C a 200 °C y excelentes propiedades de aislamiento eléctrico. Se utiliza habitualmente para conexiones de refrigeración líquida de placas frías entre RCM y servidores.
La principal ventaja de los fluoropolímeros reside en su excepcional estabilidad química. Salvo en reacciones con flúor a altas temperaturas, metales alcalinos fundidos y trifluoruro de cloro, permanecen libres de corrosión al entrar en contacto con otros productos químicos. Esto los hace ideales para refrigerantes agresivos y aplicaciones que requieren una larga vida útil.
Polímeros de ingeniería: la tercera vía emergente
PVDF: Reconocimiento inspirado en OCP
Un hito importante en la adopción de polímeros se produjo cuando GF recibió el reconocimiento OCP Inspired™ por su colector en rack basado en PVDF para refrigeración líquida directa al chip, el primer colector basado en polímeros en recibir este reconocimiento dentro del programa Open Compute Project.
El colector de PVDF se desarrolló para soportar entornos de gestión térmica exigentes donde la pureza del refrigerante, la resistencia a la corrosión y la fiabilidad a largo plazo son fundamentales. A diferencia de los colectores metálicos convencionales, esta solución utiliza un diseño de polímero diseñado para garantizar una distribución uniforme del flujo en todos los puertos de salida, lo que ayuda a mantener un rendimiento de refrigeración estable y repetible en todo el rack. La construcción ligera de PVDF también permite un funcionamiento sin corrosión y una integración simplificada gracias a sus opciones flexibles de conexión y montaje.
Cada colector se diseña a medida según los requisitos específicos de rack y refrigeración del cliente, y se somete a pruebas de presión al 100 % antes de su entrega. El concepto del colector ya ha sido validado mediante múltiples implementaciones de prueba de concepto e instalaciones en centros de datos reales en América, Europa y Asia-Pacífico.
¿Por qué los sistemas de polímeros están ganando terreno?
La justificación técnica para las tuberías de polímero va más allá del reconocimiento del potencial de circuito abierto (OCP):
Funcionamiento sin corrosiónLos sistemas de polímeros no presentan riesgo de corrosión electroquímica y no liberan partículas metálicas durante un funcionamiento prolongado, lo que ayuda a mantener la limpieza del refrigerante.
Reducción de pesoLas tuberías de polímero pueden reducir el peso en más de un 64 % en comparación con los sistemas equivalentes de acero inoxidable, lo que facilita el transporte y la instalación modular prefabricada a gran escala.
Superficies internas lisasLos sistemas de polímeros diseñados proporcionan superficies internas lisas que minimizan la contaminación y reducen la caída de presión.
Juntas con mínima contaminaciónLa tecnología de soldadura por infrarrojos permite obtener uniones a nivel molecular sin materiales de aporte ni gases de soldadura, eliminando el riesgo de contaminación. A diferencia de la soldadura orbital de acero inoxidable, que requiere una especificación de procedimiento de soldadura (WPS) y un registro de cualificación de procedimiento (PQR) cualificados, la soldadura por infrarrojos proporciona soldaduras uniformes y sin defectos con una mínima inconsistencia humana.
Límites de aplicación
Las tuberías de polímero no están diseñadas para reemplazar por completo a las tuberías metálicas. Los límites de su aplicabilidad deben determinarse en función de las condiciones de funcionamiento:
| Guión | Material recomendado |
|---|---|
| Refrigerantes acuosos, presión estándar | Acero inoxidable 304 o alternativa de polímero |
| Ambientes que contienen cloruro | Acero inoxidable 316L |
| Aplicaciones de alta pureza y críticas a la corrosión | Sistemas de polímeros PVDF |
| Conexiones flexibles, temperatura moderada | EPDM |
| Fluidos fluorados agresivos, alta temperatura | PTFE/FEP |
| Condiciones extremadamente corrosivas | Titanio o SMO254 |
Principio de coincidencia de materiales en capas
La práctica actual de la industria sigue un enfoque de combinación de materiales por capas, reconociendo que los diferentes niveles de sistemas de refrigeración líquida tienen diferentes condiciones de funcionamiento y requisitos de rendimiento:
Lado primario (enfriador seco a CDU)Prioriza la resistencia a la presión y el transporte a larga distancia. El HDPE/PE100 se utiliza cada vez más junto con el acero inoxidable por su ligereza y su tecnología de soldadura consolidada.
Lado secundario (CDU al rack)Prioriza la limpieza y la estabilidad de la temperatura. Los sistemas PROGEF basados en PP-H y PVDF están ganando popularidad por su funcionamiento libre de corrosión y sus superficies internas lisas.
Colector de cremallera: Prioriza la resistencia a la llama y la distribución de alta precisión. Los colectores de PVDF han demostrado una distribución de flujo uniforme en todos los puertos de salida.
La tendencia hacia la adopción de polímeros se ve reforzada por el creciente apoyo del ecosistema OCP a las infraestructuras de refrigeración líquida interoperables y de múltiples proveedores mediante interfaces estandarizadas y enfoques de materiales validados. Las directrices de la industria reconocen varios polímeros avanzados como materiales adecuados para la refrigeración, lo que respalda una mayor adopción de tecnologías de polímeros de alto rendimiento en la refrigeración de centros de datos de próxima generación.
Conclusión
La selección de materiales para las tuberías de refrigeración líquida ya no se reduce a una simple elección entre metales y alternativas. La creciente variedad de materiales —desde acero inoxidable (304, 316L) hasta elastómeros (EPDM, PTFE, FEP) y polímeros de ingeniería (PVDF, HDPE, PP-H)— ofrece a los ingenieros opciones para satisfacer los requisitos de rendimiento y las condiciones de funcionamiento específicas.
La clave reside en comprender que ningún material es óptimo para todas las aplicaciones. El reconocimiento de los colectores de PVDF por parte de OCP representa un importante respaldo de la industria a las soluciones poliméricas, pero los sistemas metálicos siguen siendo esenciales para entornos de alta presión, alta temperatura y químicamente agresivos. El futuro probablemente se encuentre en enfoques híbridos que combinen las ventajas de cada categoría de material, aplicados según las exigencias específicas de cada nivel dentro de la arquitectura de refrigeración líquida.
Fecha de publicación: 21 de agosto de 2026